如何培養(yǎng)學(xué)生的物理發(fā)散思維能力

摘要：本文結(jié)合教育學(xué)、心理學(xué)、物理教學(xué)論等理論，探討高中物理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力，旨在解決如何運(yùn)用思維教學(xué)理論指導(dǎo)高中物理發(fā)散思維教學(xué)，改變課堂教學(xué)中的思維結(jié)果教學(xué)為思維過程教學(xué)，為教育創(chuàng)新在高中物理教學(xué)中的實(shí)施提供一種新的視角和新的探索途徑。

關(guān)鍵詞：物理；發(fā)散思維；教學(xué)；策略

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2008)4(S)-00014-3

我們所倡導(dǎo)的全面培養(yǎng)學(xué)生的物理發(fā)散思維能力，就是要克服實(shí)際教學(xué)過程中由于種種原因造成的過分強(qiáng)調(diào)集中思維，而忽略發(fā)散思維能力的培養(yǎng)；重視抽象思維的培養(yǎng)，而忽略形象思維和直覺思維的培養(yǎng)的弊端。

1 課堂教學(xué)是培養(yǎng)發(fā)散思維的重要渠道

在物理課堂教學(xué)中，可以從多方面培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力。

1.1 在概念與規(guī)律的教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生多方位體驗(yàn)物理研究方法［1］

例如：教師利用并聯(lián)電路特點(diǎn)結(jié)合歐姆定律推導(dǎo)并聯(lián)后總電阻與支路電阻的關(guān)系：“1R=1R1+1R2”， 并組織學(xué)生討論：“R=R1R2R1+R2此值是否比R1和R2都?。坎辉O(shè)具體數(shù)值能通過變換式證明嗎？”這是引導(dǎo)學(xué)生先從數(shù)學(xué)上的量值關(guān)系側(cè)面去理解剛學(xué)到的物理規(guī)律。隨后，引導(dǎo)學(xué)生深入思考：“若有單個(gè)導(dǎo)體，它的電阻值剛好與并聯(lián)電路的總電阻R值相等，那么考慮這個(gè)導(dǎo)體的橫截面積是否應(yīng)比R1和R2導(dǎo)體都大，為什么？”這是引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)中電阻定律角度去理解新知識(shí)，且又一次讓學(xué)生體驗(yàn)到“等效代換”這種常用的思維方法。

1.2 鼓勵(lì)學(xué)生多方位思考，利用“一題多變”，變換思維角度，培養(yǎng)發(fā)散思維

例如：質(zhì)量為M的金屬和質(zhì)量為m的木塊通過細(xì)線連接在一起，從靜止開始以加速度a在水中下沉，經(jīng)過t時(shí)間細(xì)線斷了，金屬塊與木塊分開，再經(jīng)過時(shí)間t1木塊下沉，問此時(shí)金屬的速度多大？像這類力學(xué)題目，通?？蓱?yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)能定理、動(dòng)量定理求解，可以培養(yǎng)學(xué)生思維的廣闊性。

再如圖1所示，

將四個(gè)阻值分別為150，75，75，15的導(dǎo)體并聯(lián)后總電阻為多少？少數(shù)學(xué)生突破“1R=1R1+1R2+1R3+1R4”的思維定勢，將R2和R3均看成各由兩個(gè)150Ω的電阻并聯(lián)，將R4看成是由十個(gè)150Ω的電阻并聯(lián)，從而很快算出R=R1n=150Ω15=10Ω，這種解答方法運(yùn)用了等效變換的方法，教師應(yīng)及時(shí)給予學(xué)生鼓勵(lì)。

1.3 增加探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)［2］

在探究性教學(xué)中，可讓學(xué)生根據(jù)具體的探究內(nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇器材，進(jìn)行探究活動(dòng)，例如以下實(shí)驗(yàn)題目：

（1）有一個(gè)鋁球，怎么判斷它是否是空心？

（2）有些電阻值為4和6的電阻，現(xiàn)在電路里要用17的電阻，問如何進(jìn)行組合？

（3）在只有稱這一測量工具的情況下，請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測出新椰子內(nèi)部容積。

通過這類實(shí)驗(yàn)可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手操作能力，特別是在培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力方面有著很好的作用，也是學(xué)生理解科學(xué)探究的重要途徑。

2 重視發(fā)展物理形象思維

物理學(xué)研究各種物質(zhì)最基本的特征及規(guī)律，需要建立各種物質(zhì)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)變化的物理形象，這一特點(diǎn)為形象思維能力的培養(yǎng)提供了有利條件，培養(yǎng)物理形象思維的途徑有：［3］

2.1 教學(xué)中加強(qiáng)觀察和實(shí)驗(yàn)，建立豐富的物理圖像

例如，高中物理雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的演示需在暗室中進(jìn)行，學(xué)生對(duì)此現(xiàn)象印象不深，教師可采用計(jì)算機(jī)來模擬該實(shí)驗(yàn)。學(xué)生可以在熒光屏上清楚地看到七條彩色條紋所代表的白光，由狹縫射入并經(jīng)雙縫分成兩束相干光源。這樣不僅彌補(bǔ)了演示實(shí)驗(yàn)的不足，還給學(xué)生留下了深刻的印象，加深了感知程度，降低了物理概念的抽象性。

2.2 利用相似性形象思維，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理形象進(jìn)行思考問題的習(xí)慣

在教學(xué)中，有些新知識(shí)反映的客觀事物是學(xué)生曾經(jīng)觀察或接觸過的，并且印象比較深刻，教師可通過語言文字的敘述，使學(xué)生相繼產(chǎn)生對(duì)講授知識(shí)所反映的客觀事物的形象思維。例如：教師在講授磁感應(yīng)強(qiáng)度B=FI·L時(shí)，應(yīng)給學(xué)生介紹用比值法定義物理量是物理學(xué)中經(jīng)常用到的，如力學(xué)中的密度ρ=mv，電學(xué)中的電場強(qiáng)度E=Fq，電容C=QU，電阻R=UI等，雖然這些物理量是不同的，但又有這一物理量的“共性”，那就是要在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，尋找一個(gè)只與所研究的物體或場有關(guān)的比值來表示物體或場的性質(zhì)，并由這個(gè)比值定義一個(gè)新的物理量，在定義這個(gè)物理量的同時(shí)，也就確定了這個(gè)新的物理量與已有物理量的關(guān)系。諸如電磁振蕩與機(jī)械振動(dòng)中的自由振動(dòng)、F=GMmr2與F=kQ1Q2r2、電場強(qiáng)度E=Fq與重力場g=Gm等都可讓學(xué)生利用相似性形象思維進(jìn)行理解。

此外，在習(xí)題教學(xué)中，讓學(xué)生根據(jù)問題情景構(gòu)建出典型形象，教給學(xué)生將抽象問題現(xiàn)象化的技巧。如怎樣畫示意圖，如何將文字表述成形象的物理圖像等。

2.3 重視發(fā)展學(xué)生的想象力

想象力是一種非常重要的思維形式，是創(chuàng)造性思維的核心，是發(fā)散思維的重要方法。愛因斯坦曾經(jīng)指出：“想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象概括世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉”。

高中生在遇到新的物理問題時(shí)，往往力求用頭腦中已有記憶表象作為對(duì)新問題的形象的描述，以回憶代替想象。比如，讓學(xué)生學(xué)完了“電場”全章內(nèi)容后回答“你對(duì)點(diǎn)電荷q1對(duì)點(diǎn)電荷q2的作用F（如圖2）有何新見解？你能用新的觀念用數(shù)學(xué)形式寫出力F的表達(dá)式嗎？”

結(jié)果只有一半的學(xué)生做出了正確的回答：“q1對(duì)q2的作用力F實(shí)質(zhì)上是q1激發(fā)的電場對(duì)q2作用的電場力；q1的電場在q2所在位置的場強(qiáng)為E=kq1r2，因此，q2所受電場力為F=q2E=kq1q2r2?！倍硪话氲膶W(xué)生提不出新的見解，仍從庫侖定律直接寫出了E=kq1q2r2。他們頭腦中的表象仍然是“電荷對(duì)電荷的作用力”的原有記憶表象。

物理發(fā)散思維教學(xué)中，發(fā)展和開發(fā)學(xué)生的想象力的途徑有：一是要擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域，豐富和充實(shí)學(xué)生的表象儲(chǔ)備，提高學(xué)生運(yùn)用表象的能力；二是要利用物理理想化模型和物理理想化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，立足于培養(yǎng)學(xué)生的再造想象力，并以此為基礎(chǔ)，逐步發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造想象力。如在質(zhì)點(diǎn)、 剛體、彈簧振子、安培假說、磁力線、光的波粒二象性等知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，都應(yīng)注意學(xué)生的想象力的培養(yǎng)。三是應(yīng)強(qiáng)調(diào)類比與聯(lián)想的作用，發(fā)展學(xué)生的空間想象力，鼓勵(lì)學(xué)生遇到問題從不同角度思考與聯(lián)想，喚起與問題有關(guān)的表象，組構(gòu)新的物理形象。

2.4 重視學(xué)生的聯(lián)想能力的培養(yǎng)

教學(xué)中常碰到這樣的現(xiàn)象，每當(dāng)遇到陌生的問題，許多學(xué)生不會(huì)將已解決的問題的思路與方法遷移過來，從而感到無從下手。培養(yǎng)聯(lián)想能力有助于將已解決的問題的思路和方法進(jìn)行遷移，有利于學(xué)生把新學(xué)的知識(shí)納入已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，建立新舊知識(shí)之間的本質(zhì)聯(lián)系，有利于發(fā)散思維能力的提高，對(duì)提高學(xué)生思維的靈活性也有重要意義。

在教學(xué)中教師要善于運(yùn)用類比、推理、轉(zhuǎn)化、發(fā)散、集中等訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的相似聯(lián)想、因果聯(lián)想、接近聯(lián)想、自由聯(lián)想等各種聯(lián)想能力，教師可采用把一個(gè)問題轉(zhuǎn)化為另一個(gè)問題的思考方法。例如，如圖3所示，有一質(zhì)量為M，密度均勻，半徑為R的球體，在與球心O1相距為2R的P點(diǎn)有一質(zhì)點(diǎn)m，以O(shè)1P 連線上與O1相距R/2的O2點(diǎn)為圓心，挖去一半徑為R/2的球形部分后，剩余部分對(duì)質(zhì)點(diǎn)的萬有引力是多少？這個(gè)問題的解決與已知合力和一個(gè)分力求另一個(gè)分力的問題方法是一樣的。教學(xué)中先引導(dǎo)學(xué)生明確原球與質(zhì)點(diǎn)間引力易求；挖去小球在原位置處與質(zhì)點(diǎn)間的引力也可求；而挖去的小球與剩余部分對(duì)質(zhì)點(diǎn)的引力之和與原球?qū)|(zhì)點(diǎn)的引力相同。這樣，順利的實(shí)現(xiàn)了問題轉(zhuǎn)化，提高了學(xué)生的聯(lián)想能力。

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3 培養(yǎng)直覺思維能力

直覺思維能力不是與生俱來的，而是在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中所取得的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐步形成和發(fā)展的。直覺思維能力在物理學(xué)中具有重要的作用，應(yīng)從如下方面著意培養(yǎng)：

（1）重視基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，拓展學(xué)生的知識(shí)領(lǐng)域

事實(shí)證明，具有廣泛的相鄰或相距較遠(yuǎn)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，將會(huì)更有條件使人跨越或涉足科學(xué)的無人區(qū)。1973年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主賈埃弗，具有機(jī)械工程、電氣工程、軍事工程、哲學(xué)、政務(wù)等一系列正規(guī)的知識(shí)背景。當(dāng)他迷上物理后，便大膽而果斷地“讓隧道效應(yīng)與超導(dǎo)現(xiàn)象幸福的聯(lián)姻”，發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)體中電子的隧道效應(yīng)，并從理論上預(yù)言了超導(dǎo)電流能通過隧道阻擋層的可能性。由此可見，直覺思維不是憑空產(chǎn)生的，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生掌握物理學(xué)科的基本結(jié)構(gòu)，即物理學(xué)科的基本概念、基本原理和基本方法及相互之間的聯(lián)系；教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生通過參加各種實(shí)踐活動(dòng)、閱讀課外書籍，廣泛涉獵知識(shí)、開闊視野，建立寬廣、扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)。這樣，學(xué)生在掌握了一定深度、廣度的基礎(chǔ)知識(shí)，思維才會(huì)變得靈活。

（2）加強(qiáng)物理學(xué)史教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法和優(yōu)良的思維品質(zhì)

我們進(jìn)行物理教學(xué)，不應(yīng)只重視概念、規(guī)律等科學(xué)知識(shí)的傳授，還要注意物理知識(shí)產(chǎn)生和發(fā)展過程的教學(xué)，通過物理學(xué)史的教學(xué)，讓學(xué)生了解物理學(xué)家發(fā)明、發(fā)現(xiàn)的過程，知道他們的成功經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)創(chuàng)造過程中直覺思維的普遍存在性，為主動(dòng)養(yǎng)成直覺思維的習(xí)慣奠定心理基礎(chǔ)，也是發(fā)展學(xué)生的直覺思維能力的必要步驟。

（3）鼓勵(lì)學(xué)生猜想、疑問和假設(shè)

例如，課堂上老師提出：“汽車通過凸形橋時(shí)，車對(duì)路面的壓力等于車重嗎？”學(xué)生不假思索地回答：“小于車重”，他是根據(jù)乘汽車過突然凸起的路面時(shí)人與坐墊間壓力變化的感覺。在勻加速上升的電梯中，秒擺的周期還是2秒嗎？有的學(xué)生猜到了小于2秒，可能是出自直覺?！皬椥耘鲎病币还?jié)設(shè)有這樣一道例題：1號(hào)球去撞靜止的2號(hào)球，發(fā)生彈性正碰，求碰后兩球的速度。我們推導(dǎo)出表達(dá)式后，討論了m1>m2，m1

(4)注意直覺講解

例如，彈簧振子的周期T=2πmk，學(xué)生在應(yīng)用中很容易顛倒m與k的位置，可能是因?yàn)樗麄儗?duì)周期長短的決定因素缺乏一個(gè)直覺的理解。此外，在帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的回旋半徑 、線圈的感抗 、電容的感抗 、電磁振蕩的周期等知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中，均應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維能力。

4 重視非智力因素的培養(yǎng)

非智力因素（包括興趣、動(dòng)機(jī)、情感、意志等心理因素和氣質(zhì)、品格等個(gè)性心理特征）在物理教學(xué)中的重要作用絕不可忽視，它是發(fā)展發(fā)散思維能力的重要條件。教師應(yīng)充分發(fā)揮物理教學(xué)特有的學(xué)科優(yōu)勢，向?qū)W生滲透物理思想方法，進(jìn)行學(xué)科教育。非智力因素的培養(yǎng)途徑有：通過學(xué)生日常生活中的物理現(xiàn)象、物理學(xué)與人類進(jìn)步的關(guān)系以及物理學(xué)家的事跡，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)；通過物理概念及規(guī)律的應(yīng)用，使學(xué)生具有堅(jiān)強(qiáng)的意志；使傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)結(jié)構(gòu)改變?yōu)樘剿鳛橹餍滦偷慕虒W(xué)結(jié)構(gòu)方式，逐步確立和鞏固學(xué)生的主體地位。

參考文獻(xiàn)：

［1］張寧東，論在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維［J］， 廣西物理，2000年第四期，P36.

［2］閻金鐸主編，陶洪著，物理實(shí)驗(yàn)論［J］，廣西教育出版社，1997年版，P58.

［3］納梅，創(chuàng)造思維訓(xùn)練與學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)［J］，云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2000年第四期，P37.

(欄目編輯趙保鋼)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。